我们正处于一个转折点。先进的材料科学、创新的设计技术和不断发展的制造工艺正在推动新一代连接器的诞生。这些连接器打破了传统的权衡，既提供卓越的耐用性，又具有紧凑的尺寸。
互连系统诞生于汽车工业，既更节省空间，又能承受恶劣条件，满足了装载诸多新电子功能的汽车的需求。这种两相结合目前正在改变其他行业，推动开发能在最具挑战性的环境中脱颖而出的更小、更轻、更可靠的产品。
坚固耐用的小型连接器如何推动电子设备的发展？ 让我们展望未来。
可靠耐用与小型连接器之间的权衡
坚固耐用与小型化两相结合
各行各业的设计工程师可能仍然认为，坚固耐用的部件必然体积庞大。过去，坚固耐用的电子元件具有较大的外形尺寸，而小型元件则被认为是纤薄易碎的。要了解小而强是如何结合在一起的，让我们先来探索一下它们在汽车行业的起源。
汽车革命
车轮上的数据中心
混合动力电动汽车 (HEV) 和电动汽车 (EV) 的普及进一步加剧了对小型耐用的连接器的需求。随着现代车辆引入越来越多的电子系统，对可靠、节省空间的组件的需求也日益凸显。一辆普通汽车内部的线路长约 1600 米，重量超过 45 公斤。
现代汽车还配备了传感器、摄像头和通信系统，需要在狭小空间内实现高性能互连。
所有这些汽车领域的进步都为今天的小型化耐用连接器的诞生奠定了基础，这些连接器已在汽车和运输业以外的许多行业中得到了应用。
拓展视野
坚固耐用小型化的趋势始于汽车行业，如今正推广到各行各业，从消费类电子产品、物联网设备到工业机械和智能农业。作为现成组件提供的各种小型耐用型硬件正在改变设计工程师的游戏规则，并在应用中实现关键功能，例如：
拓宽坚固耐用小型化的范围
紧凑耐用的组件在很大程度上仍是未开垦的处女地，有待开发。坚固耐用的小型零件可能会推动新兴和扩展中的领域的进一步发展，例如飞行拖拉机、eVTOL 飞机、垂直农场、太空探索、航空航天和国防应用、可穿戴技术或远程气象站。
新兴技术依赖于坚固耐用的小型化
让我们来简单考虑两个正迅速发展的航空技术的例子，如果这些技术得到广泛应用，将影响智能农业和交通的未来。
飞行拖拉机
在智能农业领域，“飞行拖拉机”（或农业无人机）的问世很可能会重新定义我们所知道的农业。这些无人驾驶飞行器 (UAV) 可以执行精准农业操作，例如作物监测、喷洒和数据收集。要做到这一点，飞行拖拉机必须使用小而强的连接器。
农业无人机中的连接器需要很强的抗振动和抗冲击能力，因为它们在起飞和在气流涌动的天空中飞行时会遇到不稳定的情况。在户外运行时，飞行拖拉机上的连接器会受到农业应用固有的极端环境的影响，包括灰尘、湿气、极端温度，以及农药和化肥中的腐蚀性化学物质。农业无人机依靠实时数据传输进行导航、控制和数据收集。所有这些都需要具有高带宽和低信号损耗的小型连接器，以帮助农民实时做出明智的决策。
电动垂直起降飞机 (eVTOL)
虽然还有一些监管障碍需要克服，但想象一下无人机载人运输是何等惬意。EVTOL 经常被认为是迄今为止最接近飞行汽车的东西，它可能代表着个人交通工具的重大飞跃。这些打破界限的飞机由电力推进系统提供动力，可能会成为司空见惯的自动飞行出租车或空中共享汽车。
EVTOL 的底层技术依赖于坚固耐用的小型连接器，以充分发挥它们在城市空中交通方面的潜力。电力推进系统虽然有望实现更静音、更洁净的运行，但由于飞行所需的电池很重，因此带来了巨大的重量挑战。这种局限性再加上严格的安全法规，更加凸显了对轻质而耐用的组件的需求。小型连接器外形紧凑、材质坚固，可满足这些需求，因为它可减轻飞机整体重量、最大限度扩大航程和效率，并确保关键系统在发生潜在低空事故时仍能保持运行。这种适应力对于 eVTOL 的安全性和经济可行性至关重要，可以保护这些交通工具所代表的巨大投资。EVTOL 公司可以通过增加有效载荷能力来扩大潜在客户群。
如今，工程师不必再将“坚固耐用”和“小型化”视为一对矛盾体，耐用的小型连接器将使新型设备和系统成为可能。
小型化和耐用型连接器有何不同
坚固耐用的小型连接器的广泛采用标志着各行业设计理念的范式转变。小型化和坚固耐用不再被视为相互对立，而是两相结合，创造出新一代的组件。但是这些创新的连接器与之前的连接器到底有何不同呢？
两相结合，两全其美
将坚固耐用和小型化的优势结合在一起可以重塑产品设计和性能。在本报告的语境中，小型连接器通常指间距为 2.54 毫米或更小的连接器。坚固耐用的连接器是指具有能够承受恶劣环境条件和机械应力的特性的连接器。这些特性包括抗振动和冲击、防护等级、耐热性、耐腐蚀性和一般耐用性。
提高空间效率
坚固耐用的小型连接器可以腾出电子设备内的空间，帮助实现更紧凑的设计和更强大的功能。这在尺寸和重量限制为主要因素的应用中尤其重要。通过减少连接器的整体占用空间，工程师可以设计出性能更好、电池寿命更长的轻质设备。
提高可靠性
坚固耐用的小型连接器结构坚固，抗冲击、耐振动、耐极端温度和环境危害，能够经受严酷环境的考验。增强的耐用性意味着更长的产品寿命、更少的维护需求，以及在苛刻运行条件下更高的可靠性。例如，在汽车行业，连接器必须具有在恶劣条件下的 15 年使用寿命，这些坚固耐用的组件可最大限度地减少故障和停机时间，确保整个汽车生命周期内的一致性能。同样，在工业环境中，设备经常受到持续振动和化学物质的影响，耐用的连接器在维持整体系统性能方面发挥着至关重要的作用。
优化信号完整性
坚固耐用的小型连接器虽然外形紧凑，但能保持高度的信号完整性和电气性能。这得益于创新的触点设计、优化的信号路由，以及使用具有强导电性能的高质量材料。即使在具有高水平电磁干扰 (EMI) 或射频干扰 (RFI) 的恶劣环境中，也能确保可靠的数据传输、电力传输和整体功能。
增加设计灵活性
借助坚固耐用的小型连接器，工程师能够往更小的空间内塞入更多的特性和功能，同时探索新的外形尺寸，创制出前几代无法实现的全新产品。这种新解锁的设计自由可以带来创新的产品设计。智能手表设计人员现在将更多的诊断功能整合到一般手表大小的封装中，以便持续远程监测心率、血压和血氧饱和度等生命体征。
创新伴随着挑战
虽然坚固紧凑的连接器具有宝贵的优势，但也带来了设计和制造障碍：
选材与加工
设计更轻、更小、更坚固的连接器，要具备所需的机械强度和电气性能，外形小巧的同时能实现可靠的信号和电力传输，这是一项挑战。将这些材料加工成复杂的连接器几何形状通常需要微成型、高精度加工、激光焊接或选择性电镀等专门技术。通过这些技术，工程师将能够处理坚固耐用的小型连接器所需的复杂形状和严格公差。
- 热管理
随着设备功能越来越强大，外形越来越小巧，散热成了一个问题。小型化的连接器由于表面积减小，可能难以有效散热，从而可能导致性能下降或设备故障。 - 信号完整性与串扰
将多条信号线整合到较小的连接器中会增加串扰和信号干扰的风险，可能导致数据错误和系统不稳定。随着设备互联互通性的增强，确保信号完整性对于可靠性至关重要。工程师通过差分信号、屏蔽和优化 PCB 布局等技术来缓解这些问题，即使在紧凑型连接器中也能实现高性能数据传输。 - 机械可靠性
通过加入锁定机制、应力消除功能和触点设计等功能，连接器可以得到优化，以承受振动、冲击和重复插配循环产生的应力。 - 制造复杂性
生产更小、更坚固耐用的连接器通常涉及复杂的工艺、极为严格的公差和专门的设备。这需要制造商进行仔细的规划和优化。
虽然仍然面临挑战，但坚固耐用的小型连接器的优势业已显现。材料科学的进步为这些挑战提供了许多解决方案。
材料科学进步
工程师们越来越多地转向集轻质、耐用性和导电性于一体的创新材料，以满足对更小、更坚固的连接器日益增长的需求。
弃铜不用
为了满足更轻、更高效的设计需求，工程师们正逐步放弃铜，转而选择替代材料。虽然铜是优良的导体，但它的重量和体积却带来了挑战，从而导致了材料“轻量化”的趋势。
铝合金和专用高强度钢等轻质替代品具有类似或更好的导电性，同时能大幅降低连接器的整体重量。然而，相较于铜，工程师必须仔细考虑热膨胀系数、耐腐蚀性和机械性能等因素，必须完成全面的评估，以确保所选材料能够承受预期应用的环境压力和运行条件。
高性能聚合物的适应性
高性能聚合物 (HPP) 超越了传统材料的局限性，兼具轻量化结构和卓越的耐用性。这些先进的材料不仅可以制造出更小、更轻的连接器，还能增强在极端条件下的耐用性和适应性。
HPP 具有出色的机械性能，包括高抗拉强度、刚度和抗冲击性，使连接器能够承受物理应力。此外，HPP 具有非常好的热稳定性，能在宽广的温度范围内保持其结构完整性和电气性能。聚对苯二甲酸丁二醇酯 (PBT) 在强度、刚度和耐化学性方面实现了平衡，因而成为连接器外壳和其他组件的通用选择。
液晶聚合物 (LCP) 表现出优异的耐极高温度性能，使其成为汽车发动机舱和航空航天电子设备等应用的理想选择。另一种流行的 HPP，聚邻苯二甲酰胺 (PPA)，以其高熔点和低吸湿性而闻名，可以在苛刻的环境中提供尺寸稳定性和机械强度。
创新的小型化技术
在实现坚固耐用的小型化的过程中，工程师面临着一个独特的难题，即在不牺牲紧凑性的情况下实现坚固耐用。解决这一困境需要采取创造性的方法，以下的一些突破领先一步：
密集的间距布局
工程师希望通过减小间距来实现更高的接触密度，但遇到一个问题：过度拥挤。虽然在更小的空间内实现更多功能的好处不可否认，但触点靠得太近会增加串扰的风险，并且由于气流减少和热密度升高，导致有效散热成了一个问题。为了缓解这些问题，工程师采用了先进的信号路由技术、屏蔽和隔离方法，以及散热片或热通孔等热管理策略。
密集的间距布局也要求较高的制造和组装精度。但是一旦克服了这些挑战，就可以提高信号完整性，减少信号损耗，在某些情况下还可以降低功耗。
多功能终端 (MFT)
多功能端子 (MFT) 进一步扩展了多功能性，展示了小型化连接器技术的重大飞跃。MFT 将多种功能（例如电源、信号，甚至是锁定机制等机械特性）整合到一个紧凑的单元中，不再需要多个连接器。这能简化设备设计并减少组件数量。随着 MFT 设计的发展，我们可以期待这些组件集成更多的功能，突破连接器设计的局限。
小型印刷电路板 (PCB) 连接器
小型 PCB 连接器具有占用空间极小和微间距触点的特点，有助于减少设备尺寸并增加功能。它们能够使 PCB 变得更小，从而在现代电子设备中构建复杂的神经中枢。
为了实现微型形态，小型 PCB 连接器依赖于先进的触点设计和材料。一些设计使用弹簧式触点，以便在热膨胀和收缩时保持稳定的接触力。而另一些设计使用金或钯等高导电性材料来最大限度地减少电阻和信号损耗。它们有助于减小整体系统的重量和功耗，使小型 PCB 连接器成为便携式和电池供电设备的理想选择。
坚固耐用的小型连接器技术的进步证明了工程技术的独创性，它超越了尺寸和耐用性之间的固有权衡，创造出既紧凑又具有适应性的组件。这种持续的演变有望为各个行业的电子设备创新带来新的可能性。
坚固耐用小型化势在必行 — 环境挑战和解决方案
坚固耐用的小型连接器正在推动各行各业的创新。但是，要确保在不同应用中的可靠性能，这些连接器的设计必须能够承受各种环境危害。由于尺寸和质量减小，小型化元件更易受到环境因素造成的损坏。这个弱点凸显了坚固耐用对于保持可靠性和功能性的重要性。
坚固耐用不仅仅在于增加保护层或增加连接器的体积，更是一种考虑组件整个生命周期的整体方法，涵盖设计、选材到制造和测试。本节将探讨环境因素如何影响组件可靠性，以及工程师制造可在恶劣条件下提供最佳性能的连接器所采用的策略。
振动
电子设备经常遭受碰撞和振动。无论是在工厂车间还是在航空航天应用的高海拔条件下，振动都会对精密的电气连接造成严重破坏。
减小振动的影响对于设计工程师来说至关重要。这需要深入了解振动频率、幅度和持续时间，以及连接器在预期应用环境中的特定弱点。为了防止振动导致不良后果，工程师正实施解决方案来增强小型连接器的抗振性，包括：
- 压力锁紧机制
端子位置保证 (TPA) 和连接器定位 (CPA) 等技术可提供安全插配，并防止振动导致意外脱配。 - 应力消除功能
通过加入柔性包覆成型、弯曲限制器和柔性 PCB 焊尾等功能，可保护连接器免于电线断裂和损坏脆弱的焊点。 - 浮动触点设计
在浮动触点设计中，连接器触点在连接器外壳内缺少坚固固定。相对地，它们的设计留有少量摆动空间，使它们能在腔内微微移动。实现这种浮动效果的一些方法包括使用弹簧式触点、柔性接触柱或浮动触点载体。 - 灌封和封装
用环氧树脂等弹性材料填充连接器外壳可以减少振动的影响并保护内部组件。这个封装层起到缓冲的作用，可吸收和消除振动。灌封还能提供隔绝外部环境污染物的保护屏障。
入口防护 (IP)
湿气、灰尘和腐蚀性化学物质总是在寻找进入连接器的入口点，有可能破坏电气连接。进入防护 (IP) 不仅仅符合行业标准，还是现代设备功能和可靠性的基本设计考虑因素。
在小型连接器中，IP 挑战会被放大。更小的外形尺寸和更严格的公差使得容许出错的空间更小，从而使它们更易受到外部污染物的破坏性影响。即使一滴水或一粒灰尘也可能导致腐蚀、短路，最终导致设备故障。然而，通过工程创新，设计人员已经开发出解决方案来增强小型连接器，以抵御这些因素的影响。
- 密封和垫圈
O 形圈、垫圈和其他弹性密封件可提供物理屏障，防止外部元素进入。压缩永久变形（密封件在压力下的永久变形）和耐化学性等因素可帮助工程师选择理想的密封材料，以保证长期性能。密封件和垫圈并不是通用的。 - 密封盖和盖子
可以为连接器添加额外的保护帽或盖子，以提供额外的保护层，防止进入，尤其是在储存、搬运或运输过程中。
极端温度
极端温度频现，设备越来越容易受到影响。无论是汽车发动机舱的酷热还是太空探索的零下环境，极端温度都会对电子连接造成严重破坏。
热弹性设计是一项关键挑战，需要深思熟虑并提出创新的解决方案，因为热应力会导致许多问题，使电子系统无法运行。高温会加速材料降解，导致塑料软化、金属膨胀、粘合剂失效。而另一方面，低温会使材料变脆，导致裂缝和断裂。一些关键策略可以确保在这些条件下实现最佳性能。
- 高温聚合物
如前所述，PBT、LCP 和 PPA 等材料具有出色的热稳定性。例如，PBT 的连续工作温度范围高达 150°C，因此而成为汽车引擎盖下组件、内饰部件和电连接器的首选。 - 低温材料
在暴露于极冷环境的应用中，玻璃化转变温度 (Tg) 低且抗冲击性高的材料（例如某些聚氨酯和硅弹性体）不太可能变脆。 - 热管理
可以将散热片和热通孔等策略集成到 PCB 或连接器附近的设备设计中，以支持高效散热。这在大功率应用或气流受限的环境中尤其重要。 - 接触材料和电镀
镀金和镀钯具有出色的抗氧化和抗腐蚀性能，即使暴露在高温下也能保证可靠性。它们具有高熔点和惰性，是保护贱金属免受热降解影响的理想选择。
通过应对这些环境挑战，工程师们不仅仅是在降低风险，还在积极地塑造电子产品的未来。小型连接器的坚固耐用是一项基本设计原则，它将继续推动现代技术在最苛刻的条件下蓬勃发展。
小型耐用连接器的未来
小型化和坚固耐用两相结合不是目的地，而是一段持续的旅程。设备在不断发展，支持设备的连接器也必须不断发展。正在进行的研究和探索将带来进步以应对现有挑战，并将为苛刻环境下的电子设备开辟新的可能性。随着对更小、更轻、功能更强大的设备的追求，连接器将在确保其可靠性、性能和寿命方面发挥越来越重要的作用。
新兴趋势
连接器什么时候能小到物理允许范围内的极致（但仍然耐用）？ 简单来说：我们还没到那个地步。新兴趋势不断推陈出新，产生更紧凑、更可靠、功能更强大的连接器。
柔性电子产品（FPC 和 FFC）
柔性印刷电路 (FPC) 和柔性扁平电缆 (FFC) 正在塑造设备的外形和功能。它们固有的灵活性为工程师提供了更多的设计自由，可以适应复杂的形状而不会影响性能。这一进步为可穿戴设备、柔性显示器、植入式医疗设备和软机器人开辟了可能性。
FPC 和 FFC 可以直接集成到连接器的设计中，消除对刚性 PCB 的需要，并减小整体尺寸和重量。
纳米技术（材料和涂层）
纳米级涂层在分子水平上增强连接器材料，可以赋予连接器触点非凡的硬度、耐磨性和防腐性。碳纳米管和石墨烯等纳米材料具有优异的电导性和热导性。将这些材料融入连接器设计中可以制造出更小、更高效的连接器，并提高信号完整性。
进一步发挥这种潜力，纳米工程材料可能会拥有自愈能力，可以自动修复微裂纹。某些纳米材料，如微胶囊或血管网络，可以释放一种愈合剂或引发一种化学反应来修复损伤。
3D 打印（增材制造）
3D 打印已经是许多定制连接器项目的一种选择，它有可能改变坚固耐用的小型连接器的设计和制造。增材制造可以创造出复杂的几何形状和精密的内部结构，而使用以前传统的制造方法是不可能实现的。3D 打印可以实现按需制造，缩短交货时间和减少库存成本，促进成本较低、耗时较少的小批量生产。此外，利用 3D 打印快速制作新设计原型的能力可以加快开发周期，使工程师能够更快地迭代和优化连接器性能。
市场展望
坚固耐用的小型连接器的全球市场有望大幅增长。各行各业对这些产品的持续需求毫无放缓迹象。Verified Market Reports 于 2024 年 2 月开展了一项有关坚固耐用、小型和坚固耐用的小型连接器的市场研究，预测该市场将呈现稳定的复合年增长率 (CAGR)，部分估计值甚至超过每年 6%。
除这一需求外，标准化工作也有望加速坚固耐用的小型连接器的采用。尺寸、电气特性和环境性能等领域的行业标准的制定也将推进不同连接器系统之间的兼容性。这种标准化将简化设计和制造流程，进一步提高连接器的可访问性。
坚固耐用的小型连接器的未来需要一直不断的创新。期待不断应用创新来开拓连接器设计的全新可能，循环往复，生生不息。欣然接受这些新兴趋势的工程师将有能力引领这一变革。
Molex 莫仕 — 打造互联世界
对于电子连接器成功实现小型化和坚固耐用，已经产生了深远的效益。如今紧凑、耐用的组件不仅性能优于其前代产品，而且在设备设计和功能方面也取得了重大进步。从 EV 复杂的电子系统到监测人体健康的可穿戴传感器，坚固耐用的小型连接器推动着现代技术的发展，改变了行业也改善了生活。
Molex 莫仕认识到坚固耐用的小型连接器在这些不同应用中的重要作用，开发了一套全面的解决方案，旨在应对特定的行业挑战。例如，DuraClik 连接器系统在高振动和高温环境下提供强大的性能，因而成为要求严格的汽车和工业应用的理想选择。另一方面，Molex 莫仕 Squba 连接器提供出色的进入防护，即使在恶劣的室外条件下也能确保可靠运行。对于空间受限的应用，Micro-Lock Plus 连接器系统可提供紧凑的尺寸和安全的插配，同时又不牺牲可靠性。
作为连接解决方案的全球领导者，Molex 莫仕致力于突破小型化和坚固耐用的界限。凭借对工程师所面临挑战的深刻理解，Molex 莫仕不断研究和开发尖端技术，以满足市场不断变化的需求。我们的高性能连接器产品组合涵盖了广泛的应用范围。通过应用本报告中讨论的原则和新兴解决方案，Molex 莫仕提供的连接解决方案在性能、可靠性和耐用性方面树立了标准。让我们继续携手创新，创造更加互联互通的未来。
